JP2000516714A - Magnetic current sensor - Google Patents

Magnetic current sensor

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JP2000516714A
JP2000516714A JP10509742A JP50974298A JP2000516714A JP 2000516714 A JP2000516714 A JP 2000516714A JP 10509742 A JP10509742 A JP 10509742A JP 50974298 A JP50974298 A JP 50974298A JP 2000516714 A JP2000516714 A JP 2000516714A
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シー．，ジュニア． ブラック，ウィリアム
エム． ヘルマン，セオドア
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    • G01R33/09—Magnetoresistive devices

Abstract

(57)【要約】 入力電流を表す出力を有する電流判定器であって、基板上に支持されて、互いに電気的に隔離されているが、何れかの入力電流により入力導体回りに発生する磁場内に位置するセンサを有する、入力電流用入力導体と電流センサとを含む電流判定器。センサは、基板に沿って、入力導体の延びに概ね直交する方向に延びており、非磁性導電層により分離された少なくとも１対の薄膜強磁性層から形成される。センサは、基板内に形成された、非線形適応回路を含む電子回路に電気的に接続され得て、電流センサ内の非線形性にもかかわらず正確さが増す入力電流表示を提供する。センサはさらに、ブリッジ回路内に電流センサを含み得る。 (57) Abstract: A current determiner having an output representing an input current, supported on a substrate and electrically isolated from each other, but a magnetic field generated around an input conductor by any input current A current determinator including an input conductor for input current and a current sensor having a sensor located therein. The sensor extends along the substrate in a direction generally perpendicular to the extension of the input conductor and is formed of at least one pair of thin-film ferromagnetic layers separated by a non-magnetic conductive layer. The sensor can be electrically connected to electronic circuits formed in the substrate, including the non-linear adaptive circuit, to provide an input current indication that increases accuracy despite the non-linearities in the current sensor. The sensor may further include a current sensor in the bridge circuit.

Description

【発明の詳細な説明】 磁流センサ 発明の背景 本発明は、比較的大きな磁気抵抗特性を示す強磁性薄膜構造に関する。特に、 磁場を感知するために使用されるこのような構造に関する。 多くの種類の電子システムが、メモリなどのデジタルシステムおよび場センサ などのアナログシステムの両方を含む磁気装置を利用している。磁気計および他 の磁気感知装置が、様々な種類の磁気ディスクメモリおよび磁気テープ格納シス テムを含む多くの種類のシステムで幅広く使用されている。このような装置は、 多様な状況の下でこれらの装置によって感知された磁場を表す出力信号を提供す る。 このような磁場センサの１つの用途として、導体内の電流によって生成される 磁場を、これらの場を生じさせるこのような電流の性質を推測するための基礎と して感知することがある。これは、長い間、大きな電流によって生成される磁場 に対して行われてきたが、比較的小さな電流を含むより小さい電流範囲では、こ のような感知を実現するのはより困難となる。例えば、測定される場を生成する 電流が、大きな電気エネルギーを伝導するためではなく、単に信号情報を伝達す るための基礎として供給される状況では、このような小さな電流による磁場を感 知する必要が生じる。 このような状況は、多くの医療システム、計器システム、および制御システム において生じる。これらのシステムでは、システムの各部分に外部供給源から、 またはシステムの別の部分から信号相互接続を通して信号を送る必要が頻繁に生 じる。多くの場合、このような目的のために信号電流を搬送する導体は、得られ る磁場を測定するためのこれらの信号に対するセンサ構成を含むシステム部分か ら電気的に絶縁されていなければならない。一例としては、ループ電流内で信号 情報を搬送する長い電流ループは、稲光または静電放電により、接地電位に対し て大きな電圧電位を生じる結果となり得る。このような電位は、多くの場合、信 号感知および受信回路から分離されなければならない。これは、回路が依然とし てループ電流に含まれる信号情報を捕捉可能でなければならない場合でも、回路 への損傷を避けるために必要とされる。 このような目的のための信号アイソレータは、多くの場合、コスト、利便性お よびシステム性能の理由により、好ましくはモノリシック集積回路チップに形成 される。このような構成では、信号を含む電流によって提供される磁場を検出す るために、１つ以上の固体磁場センサが用いられる。この状況下で用いられてい る磁場センサの１つの種類としては、ホール効果装置がある。このような装置は 、磁場に対して装置が示す感度が制限されるため、小さな電流による磁場を感知 するには満足のいくものではない場合が多い。 さらに、ホール効果装置の制限された感度を向上させるための構成では、満足 のいく改善または補充手段がない場合が多い。場コンセントレータを使用する場 合は、ホール装置を含むモノリシック集積回路内に配備するのが困難である。何 故なら、装置の磁気感応軸（magnetically sensitive axis）は、モノリシック 集積回路内のホール装置が、この装置を支える基板にわたって延びる方向に垂直 である、すなわち、装置の感度軸はその幅または長さ方向にではなく装置の厚さ 方向に平行であるためである。また、ホール装置によって測定される磁場に関す るホール装置が提供する情報は、電圧の形態であり、これは、このような装置を ブリッジ回路で使用するのを制限する。ブリッジ回路を使用すれば、電流信号情 報を提供する出力信号が増大され得る。 信号アイソレーションのためのハイブリッド集積回路またはモノリシック集積 回路のいずれかにおける別の可能性としては、電磁放射強度が信号供給源からの 信号電流によって制御される光源を用いることである。このような光源は、集積 回路内に配備され、伝達され受け取った光から信号電流の性質を推測するために 使用される光検出器から電気的に絶縁される。これは、様々な二者択一の容量ベ ース結合の解決法（capacitance based coupling solutions）を行うときエンジ ニアリング上のおよび経済上の困難な問題が生じるため、不満足な解決法である 。従って、適度に経済的なコストで製造され得、比較的高い感度を示す信号アイ ソレーション装置が必要とされる。発明の要旨 本発明は、出力部で、供給源から供給される入力電流に対して入力電流の表示 が提供される電流判定器を提供する。電流判定器は、入力導体と第１の電流セン サとを備え、これらは共に基板上に支持され、隣接するが互いに電気的に絶縁さ れるように間隔を開けて配置され、第１の電流センサは任意の入力電流から生じ る磁場内に配置される。第１の電流センサは、磁気抵抗性であり異方性であり強 磁性である複数の薄膜層により形成される。薄膜層のうちの少なくとも２層は、 その間に位置する非磁性導電層によって互いに分離される。 この第１の電流センサは、主に、基板を横断する第１の方向に沿って延び、入 力導体は、主に、第１の方向にほぼ直交する基板を横断する第２の方向に沿って 延びる。大きな透磁率を示す材料よりなる層が、入力導体および第１の電流セン サと共に使用され得、これら両方の近くに配置されて、磁場コンセントレータと して、および任意の不要な外部磁場に対するシールドとして作用する。 このセンサは、基板内に形成される他の電子回路に電気的に接続され得る。こ のような回路としては、電流センサでは非線形であるにもかかわらず、入力電流 をもっと正確に表示するための非線形適応回路が含まれ得る。感度を高くするた めのブリッジ回路を形成するために、入力導体または出力導体に隣接して別の電 流センサも配備され得る。 図面の簡単な説明 図１Ａおよび図１Ｂは、本発明を実現するモノリシック集積回路構造の一部の 平面図を示す。 図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃおよび図２Ｄは、図１に示す構造部分の一部の層図で ある。 図３は、図１および図２に示されるような構造の特性を示す。 図４は、本発明を実現する回路の回路概略図である。 図５は、本発明を実現する別の回路の回路概略図である。 図６は、本発明を実現する別のモノリシック集積回路構造の一部の平面図を示 す。好適な実施形態の詳細な説明 内部で起こる磁気状態の磁気抵抗性による感知に基づく、信号アイソレータの ための磁場センサは、強磁性薄膜材料を用いて製造されると有利であり得る。こ のような装置は、モノリシック集積回路の表面に配備され、これによりセンサ装 置とそのための演算回路との間に好都合な電気接続を提供することができる。 最近、このようなセンサを、それぞれに異方性強磁性薄膜が形成された２つの 主表面を有する分離材料よりなる中間薄層の形態で提供することにより、このよ うな「サンドイッチ」構造の強磁性薄膜と中間層との厚さが十分に小さくされて いる場合には、センサ内に「巨大磁気抵抗効果」が得られることが見い出された 。この効果は、これらの強磁性膜および中間層をさらに交互に積み重ねて超格子 を形成された、このようなセンサを形成することによって、高められ得る。結果 として高められた「巨大磁気抵抗効果」によって、周知の異方性磁気抵抗性応答 による場合より大きな桁までの範囲であり得る磁気抵抗性応答を生じさせること ができる。そのようなセンサを含むモノリシック集積構造装置の外部の磁場を感 知する、本明細書で述べるセンサに類似するセンサについては、J.M．Daughton による先出願の同時係属米国特許出願番号第08/384,647号「Magnetoresistive S tructure With Alloy Layer」およびJ.M．Daughtonの同時係属米国特許出願番号 第08/096,765号「Magnetic Structure with Stratified Layers」に記載されて いる。両出願共、本出願と同じ譲受人に譲渡されており、また本明細書において 参照のため援用されている。 図１Ａは、アイソレータ基板の一部として支持半導体チップを含むモノリシッ ク集積回路の一部として形成される信号アイソレータの平面図である。アイソレ ータ基板は、この信号アイソレータのための演算回路を内部に備えると好都合で あり得る。もしくは、信号アイソレータは、セラミック基板上のハイブリッド集 積回路の一部として形成され得る。図１Ｂは、図１Ａに示す図の一部を、さらな る明瞭化のために拡大した部分図であり、また一部を切り取ってさらなる明瞭化 のためにその下部の構造を露わにしている。使用されるものとして示される構造 全体に配備されるオプションとしての保護層は、他のいくつかの層の明瞭化のた めに同図では省略されており、同図では他の構造部分の下側に位置する構造部分 は点線形態で示され、これら以外の構造部分は実線形態で示される。 図１Ａおよび図１Ｂに対応して、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄおよび図２ Ｅは、図１Ａおよび図１Ｂ内に印を付けて示されている対応する構造部分の層図 である。これらの層図は、図１Ａおよび図１Ｂに示す構造へと導く構造的な層を 示すが、正確な断面図ではなく、多くの寸法が明瞭化のために誇張または縮小さ れている。 上述のように、電流感知構造は、典型的には、半導体チップ１０上に配備され 、半導体チップは、センサのための適切な演算回路を内部に配備している。電気 絶縁層１１は、窒化シリコンのスパッタリング堆積により半導体チップ１０上に 形成され、非磁性の導電性中間層によって互いに分離される一対の強磁性薄膜層 を備えた電流センサ「サンドイッチ」構造を支持する。これについては後により 詳しく述べる。半導体チップ１０と支持層１１とにより形成される電流センサの ための基板は、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃおよび図２Ｅでは、参照番号１０、１１ で示され、これらの図では絶縁層１１および半導体チップ１０は互いに区別され ていない。図２Ｄのより解像度の高い図では、層１１のみの一部が示されている 。典型的には、層１１は窒化シリコンにより約１０，０００Åの厚さに形成され る。 その後、上述の「サンドイッチ」構造が層１１上に配備される。強磁性薄膜層 および中間層のそれぞれは、電流センサとして作用する磁気抵抗性回路抵抗器を 形成するための基礎として、スパッタリング堆積により配備される。この多層構 造は、約１３Ω／□以上のシート抵抗率を有し、５パーセントを超える巨大磁気 抵抗効果、および約４０エルステッドの飽和磁場を示し得る。 この構造では、配備される第１の層は、窒化物層１１にスパッタリング堆積さ れる複合強磁性薄膜層であり、図２Ｄに示すように、この複合強磁性薄膜層の第 １のストレータム(stratum)１２は、６５％のニッケル、１５％の鉄および２０ ％のコバルトよりなる合金により４０Åの厚さに形成され、これは典型的には約 １０，０００ガウスの磁気飽和誘導（magnetic saturation induction）を有し 得る。この層の堆積は、面心立方構造を有する膜となる、図面の面に平行な方 向に方位付けられる膜の面内に外部磁場の存在下で行われる。この製造時の場に より、図面の平面に沿った方向のアクセスが容易になる。第２のストレータム１ ３もまた、同様の製造時の磁場の存在下でスパッタリング堆積工程で提供される 。第２のストレータムは、５％の鉄および９５％のコバルトにより１５Åの厚さ に形成され、結果的にこの材料は、約１６，０００ガウスの磁気モーメントを有 し得る。これは、第１のストレータム１２の磁気モーメントより高い値である。 この磁気モーメントが高い材料は、次に形成される中間層に隣接して配備され、 より大きな巨大抵磁効果を得るが、モーメントのより低いストレータム１２は、 得られる電流センサが、これがない場合に比べて、より小さな場に対してより高 い感度を保つように配備される。 その後、中間層１４が、層１３にスパッタリング堆積することによって配備さ れる。この中間層は、導電性であるが非磁性である。層１４は、典型的には、３ ５Åの厚さの銅が形成される。層１４の配備の後、層１４上に第２の複合強磁性 薄膜層が形成され、同じ堆積工程を用いるため、その構造は、順番が逆である以 外は、ストレータム１２および１２を備える第１の複合層の構造に一致する。こ の結果、大きな磁気モーメントを有する層が再び層１４に隣接し、小さな磁気モ ーメントを有する層がその上に配備される。上記の点以外はこれらの層は同じで あるため、図２Ｄでは、これらはストレータム１３および１２に対応して、１３ ’および１２'として示されている。 この「サンドイッチ」構造が完成した後、タンタルまたは窒化タンタルの２０ ０Åの層をストレータム１２’上にスパッタ堆積し、これにより、下のストレー タム１２’をパッシベーションおよび保護するとともに、回路目的のための電気 的相互接続を可能にする。結果として得られるタンタルまたは窒化タンタルの層 １５は、その導電率から、電流センサの残りの部分からの電流の幾分の分流を起 こし、このことから、構成された電流センサによって達成される巨大磁気抵抗効 果を効果的に低減する。層１５は、強磁性複合層および非磁性中間層に比べて顕 著に厚いので、図２Ｄでは一部省略して図示する。 同様に、層１５上に堆積された更なる層１６は、１００Åの比較的大きな厚さ であるから、図２Ｄでは一部省略して図示する。層１５を、まずスパッタリング 洗浄し、その約７５Åを除去する。洗浄された層１５上に、クロム４０％および シリコン６０％のクロムシリコン層として層１６がスパッタ堆積され、その上に 設けられるミリングマスク層を後にエッチングする際にエッチストップとして作 用する。 よって、窒化シリコンの別の層を、層１６上に１０００Åの深さにスパッタ堆 積し、これをミリングマスクとして用いるが、この層の残留部分は、後ほど設け られる更なる絶縁層中に組み込まれるので、この層は図２Ｄ中には図示しない。 この窒化シリコンマスク層上に、エッチングの後、窒化シリコンマスク層上にマ スクパターンを残すためのエッチングマスクを形成するように、フォトレジスト を堆積およびパターニングする。この最後のパターンは、それを介してミリング した後に、曲がりくねった抵抗器構造(serpentine resistor structure)を生じ る。この曲がりくねった抵抗器構造は、この抵抗器を装置回路ネットワークへ相 互接続するためにそこから延びる相互接続延長部を有する電流センサとして作用 する。パターニングされたフォトレジストを用いた反応性イオンエッチングによ って、エッチストップとして作用するクロムシリコン層１６まで窒化シリコンマ スク層の露出部分を除去する。窒化シリコン層の残りの部分は、後のイオンミリ ング工程のための上述したミリングマスクとして作用する。イオンミリング工程 は、クロムシリコン層１６の露出部分を除去し、それによって露出した、ストレ ータム１３’および１２’として形成された第２の複合強磁性薄膜層の部分を除 去し、それによって露出した中間非磁性層１４の部分を除去し、それによって露 出したストレータム１３および１２として形成された第１の複合強磁性薄膜層の 部分を窒化シリコン層１１まで除去する。 得られた電流センサおよび相互接続構造１７は、図２Ｄ以外の層図解図におい て、多層構造ではなく単層構造として図示する。なぜなら、これらの図には、よ り大きな縮尺が用いられているからである。よって、得られた電流センサおよび 相互接続構造１７は、図２Ｂおよび図２Ｃの両方においてこの単層形式で示す。 この構造の一部は、図１Ａおよび図１Ｂの平面図にも見られ、これらの図でもこ の構造には符号１７を付けている。強磁性薄膜複合層の磁化容易軸（easy axis ）は、構造１７における電流センサの最長セグメントが延びる方向に垂直であ る。 電流センサおよび相互接続構造１７の完成に続いて、窒化シリコンの１０，０ ００Å以上の絶縁層２０がスパッタ堆積によって（図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃおよ び図２Ｅにおいて、この絶縁層中に組み合わせて図示する窒化シリコンミリング 層の残留部分を含む）構造１７上および窒化シリコン層１１の露出部分上に設け られる。絶縁層２０の質および厚さは非常に重要である。なぜなら、以下に更に 詳しく説明するように、絶縁層２０の質および厚さは、信号電流を搬送するため に設けられる入力導体と、電流センサおよび相互接続構造１７とに現れる電圧間 におけるこの層の耐電圧性能を決定するからである。良質かつ１０，０００Åの 厚さの絶縁層２０は、１０００Ｖを超える破壊電圧を提供し、これよりも大幅に 大きい電圧に耐えるように絶縁層２０の能力を高めるためには、更に厚い層を用 い得る。 この絶縁層を提供した後、層２０に対して２回の個別のエッチングが行われる 。１回目においては、フォトレジストを全体にパターニングし、これにより、構 造１７との電気的相互接続を形成するために絶縁層２０中に開口部を設けたい場 所に開口部を設ける。反応性イオンエッチングによって層２０中に開口部２１を 設け、これにより、図２Ｃに示すように構造１７の層１６を露出させる。２回目 のエッチング工程においては、再び、半導体チップ１０を形成するモノリシック 集積回路においてパッド２３に接続されている回路に電流センサおよび相互接続 構造１７を接続するために、絶縁層２０中、絶縁層１１中および半導体チップ基 板１０内のあらゆる他の層中の、相互接続パッド２３を露出させるのに必要な開 口部２２が形成される場所に、開口部を有するパターンでフォトレジストが提供 される。パッド２３の一部分を図２Ｃに示すが、相互接続回路の残りの部分およ びそれに電気的に接続される電子回路は図示していない。 絶縁体２０中のこれらの開口部が完成すると、金属相互接続の第１の層２４が 、クロムシリコン層１６の露出部分の厚さの約半分を除去するように初めにスパ ッタ洗浄が提供される。この洗浄に続いて、２％の銅と合金化されたアルミニウ ムの層をスパッタ堆積する。この層は、開口部２１および２２内に充填される。 そうでない場合、この層は、絶縁層２０の上部表面上で支持される。層２４は、 開 口部２１内に充填されることによって構造１７の「サンドイッチ」構造部分に導 電接続されて、クロムシリコン層１６およびタンタル層１５の残りの部分を介し て導電接続されるとともに、更に開口部２２内に充填されることによって直接パ ッド２３に接続される。フォトレジストを層２４上に設け、層２４の不要部分を 露出するようにパターニングする。この不要部分を、後に、反応性イオンエッチ ングによって除去し、これにより、第１の金属層２４に所望の相互接続構造を得 る。 層２４の不要部分を除去することによって、いくつかの構造が得られる。その 中で最も重要な構造は、それを介して信号電流を流す入力導体の大部分である。 この重要部分(major portion)は、６回巻コイル(six turn coil)２５の形式であ り、図１Ａ中では６角形経路のものとして図示する。コイル２５の一部を、図１ Ｂ、図２Ａおよび図２Ｂにおいて、同一の符号を付けて示す。コイル相互接続部 分２５’は、同一の第１の層相互接続金属で形成されており、図１Ａ中のコイル ２５の右側から外部相互接続パッド構成２６にまで延びる。このコイル相互接続 部分２５’は、以下に更に説明するように、第２の相互接続層金属部分が上に設 けられた第１の層相互接続金属基礎を含む。コイル２５の他方の端部はまた、以 下に更に説明するように、相互接続パッド構成２７に接続される。更に、相互接 続経路２８および２９は、図１Ａにも図示するように、電流センサおよび相互接 続構造１７の相互接続延長部の端部から相互接続パッド３０および３１にまで延 びる。相互接続経路２８にも、図２Ｅ中で同一の符号を付ける。 第１の金属相互接続層２４は、典型的に５０００から７５００Åの厚さに堆積 され、これにより、得られる導電構造のいくらかの部が、過剰な加熱または電子 移動(electromigration)を生じずに、信号電流を搬送する電流導体において最大 ５ｍＡ／μｍの電流密度を許容し得ることを確実にする。必要に応じて、金、銅 、またはタングステンなどの代替金属を相互接続の第１の層に用いてもよい。別 の代替例として、コイル２５の巻き数、ならびに、コイルを形成する導体の厚さ および幅の両方を変化させて、コイル２５が入力電流源に与えるインピーダンス に影響を与えてもよい。インピーダンス調節のために、さらなる回路構造を製造 してもよい。 コイル２５ならびに相互接続経路２８および２９が完成すると、それに続いて その上方および層２０の露出部分の上方に、典型的に７５００Åの別の窒化シリ コン層を堆積し、更なる絶縁層３５を形成する。フォトレジストを開口部をパタ ーニングして、開口部がパターニングされた下において層３５に穴を設けて以下 に説明する相互接続金属の第２の層によって形成される相互接続を受け入れるよ うに、層３５の上に堆積し、。反応性イオンエッチングを用いて、これらの開口 部３６を、図２Ａおよび図２Ｅに示すように、層３５中に形成する。 第２の絶縁層３５上に、更なる金属堆積物を形成して、やはり２％の銅と合金 化されたアルミニウムの第２の金属相互接続層３７を形成し、これにより、層３ ５を覆い、開口部３６を充填する。開口部３６を金属層３７で充填することによ り、図２Ａおよび図２Ｅに示すように、層３７は、層２４の残りの部分から形成 された構造の露出部分に直接接続される。層３７は、典型的に、３５００Åの厚 さに堆積される。層３７の不要部分を除去する場所に開口部を有するフォトレジ ストをその上に形成し、そこで反応性イオンエッチングを行って層３７のこの部 分を除去する。この除去によって得られる構造を図１Ａに示す。この構造は、リ ードアウト(lead-out)３８を含む。このリードアウト３８は、図２Ａに見られる ように、コイル２５の内側端部から絶縁休３５の上部、よってコイル２５の上部 を超えてパッド２７まで延びる。第２の金属層３７の残りの部分は、図２Ｅに示 すように、第１の金属層２４の残りの部分から信号を転送するパッド２６、３０ および３１の金属基礎３９を形成するのにも用いられる。図１Ａにおいて、破線 は、どの層がどの層を覆っているかを示すものではない。 ７５００Åの窒化シリコンをスパッタ堆積することによって、更なる絶縁層４ ０を金属層３７の残りの部分および絶縁層３５の露出部分の上に設ける。絶縁層 ４０は、その下にある装置構造のパッシベーション層および保護層として作用し 、また、透過性塊体(permeable mass)のための基礎としても作用する。この透過 性塊体は、電流センサおよび相互接続構造１７の電流センサ部分よりも上にある コイル２５の部分の上で、磁束シールドおよびコンセントレータ(concentrator) として作用するように提供される。 このようなコンセントレータの構成は、強磁性薄膜開始層(initiation layer) ４１を堆積することから開始される。この層４１は、後の電気メッキ工程の電極 として、および、その上に設けられる金属の次の層を絶縁層４０に接着する接着 層として作用する。次いで、フォトレジストを堆積およびパターニングし、これ により、電流センサおよび相互接続構造１７の電流センサ部分よりも上にある層 ４１の部分の上に開口部を設ける。次いで、この開口部内に金を２０，０００Å 電気メッキする。これは、後でそこに堆積される透過性材料の塊体の応力除去層 (stress relief layer)４２として作用する。次いで、開始層を堆積した後に塗 布したフォトレジスト層を除去し、応力除去層４２の上方に開口部を規定する新 しいフォトレジストを塗布する。次いで、透過性塊体４３を、この最後の開口部 内に電気メッキによって形成する。この塊体は、鉄８０％およびニッケル２０％ を含む透過性材料の合金から形成され、１４ミクロンの厚さに堆積される。 次いで、層４３のメッキをガイドするフォトレジストを除去する。装置を、リ ン酸、酢酸、および硝酸の混合物から形成された酸浴中に浸漬し、これにより、 層４２および４３の下以外の部分から開始層４１を除去する。得られた透過性塊 体のシールドおよびコンセントレータを、図２Ｂに図示する。次いで、相互接続 パッド２６、２７、３０および３１上において、層４０中にビア開口部４４を設 ける場所に開口部を有するフォトレジストの更なる層を、装置上に堆積する。反 応性イオンエッチングを用いて、図２Ｅに見られるような開口部を設ける。これ らの開口部は、通常ボールボンディング配線によって基礎３９を介する外部回路 への次の相互接続を可能にする。その後、上記の装置を形成するウエハが、ウエ ハ検査、個々の装置の別個のチップへの分離およびそのパッケージングを行う準 備状態になる。 図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄおよび図２Ｅに示す信号ア イソレータ装置の基本的な動作モードの１つは、電流センサおよび相互接続構造 １７を介して定電流を供給しながら、構造にわたって生じる電圧を監視するモー ドである。この電圧は、構造１７の磁気抵抗性によって、コイル２５を介して導 入される信号電流の大きさの関数である。よって、測定電圧は、少なくとも十分 に小さな周波数成分(content)を有するコイル２５中の電流について、電流セン サおよび相互接続構造１７の電気抵抗、およびコイル２５中に流れる電流の大き さ指標となる。 構造１７について測定された抵抗は、コイル２５中のゼロ信号電流についてほ ぼ対称であることが分かり、同じ大きさのコイルを通る正電流および負電流の両 方に対して見られる抵抗は互いにほぼ等価である。しかし、構造１７の抵抗は、 図３に見られるように、コイル２５中の信号電流の大きさの非線形関数であるこ とが分かる。この非線形性は、これらの図において説明した装置の構造的構成、 相互接続構造１７において電流センタ（current center）中の電流センサを形成 する「サンドイッチ」構造の磁気特性、ならびにシールドおよびコンセントレー タ層４３中の材料の磁気特性が原因であると考えられる。更に、コイル２５中の 十分に大きな信号電流については、熱効果も、電流センサおよび相互接続構造１ ７の抵抗に影響を与える。なぜなら、構造の熱係数が、典型的に約１４００ｐｐ ｍ／℃であるからである。典型的に、装置の動作が周波数の影響を受けない周波 数範囲は、数十または数百メガヘルツまでである。 図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、および図２Ｅにおいて説 明したような信号アイソレータが示すコイル２５中に流れる電流に対する出力は 、上記の非線形性によって精度が制限されたものである。この性能の制限は、入 力回路中に２つ以上の信号アイソレータを用いて、追加されたアイソレータが最 初のアイソレータによって示される非線形性の影響を打ち消す一助となることを 可能にすることによって実質的に低減し得る。この結果を達成するこのような入 力回路の１つは、図４に示す入力−出力電流トラッカ５０を用いることである。 電流トラッカ５０は、止電圧の供給源への接続に適した第１の端子５１と、負 電圧の供給源への接続に適したさらなる端子５２との間で動作する。別の端子５ ３は、基準電圧またはグランド基準電圧を提供するように接続される。この基準 電圧またはグランド基準電圧に対して端子５１および５２に電圧が供給される。 トラッカ５０は、図１Ａの相互接続パッド構成２６および２７に対応する一対 の入力端子を有する。図４においてもこれらの入力端子にこれらの参照符号を用 いる。同様に、図１Ａのコイル２５は端子２６および２７間に相互接続され、図 ４においても２５の参照符号を付ける。図１Ａのコイル相互接続部分２５’およ びコイルリードアウト３８には、図４に示す等価な導体部分の参照符号を付ける 。 最後に、図１Ａおよび図１Ｂの電流センサおよび相互接続構造１７には、図４の 等価な抵抗と同様に参照符号を付ける。コイル２５および電流センサおよび相互 接続構造１７を共に破線四角５４内に示し、これにより、これらが共に磁気抵抗 効果型電流センサ構成を形成することを示す。 図４の電流トラッカ５０の残りの部分は、磁気抵抗効果型電流センサ５４の構 成に一致するように製造することを意図したさらなる磁気抵抗効果型電流センサ ５５を追加したことを初めとして、図１Ａおよび図１Ｂに示すものとは異なる。 この結果、磁気抵抗効果型電流センサ５５を表す破線四角内において、センサ５ ５の磁気抵抗部材を１７’とし、コイル部材を２５’’とする。 センサ５４および５５の各磁気抵抗部材１７および１７’のそれぞれには、定 電流源対５６および５７のうちの対応する定電流源による動作中、定電流が供給 される。これらの定電流源は、一方の供給する電流が他方の供給する電流に厳密 に一致するように、構造的に互いに一致するよう製造することを意図している。 電流源５６は端子５１と磁気抵抗部材１７との間に接続され、電流源５７は端子 ５１および磁気抵抗部材１７’との間に接続される。磁気抵抗部材１７および１ ７’のそれぞれは、逆の端部が端子５２に接続され、これにより、ハーフブリッ ジ回路を形成する。各ブリッジ回路部材は対応する定電流源によって電流を供給 され、各部材の抵抗値は、それに隣接するコイルに流れる電流による変化を受け る。 演算増幅器５８の有する差動入力は、それぞれ、電流源および磁気抵抗部材の １つの対応する接合部に接続される。従って、演算増幅器５８の反転入力は、電 流源５６および磁気抵抗部材１７の接合部に接続される。演算増幅器５８の非反 転入力は、電流源５７および磁気抵抗性抵抗部材(magnetoresistive resistive member)１７’の接合部に接続される。演算増幅器５８の出力は、ダイオード５ ９のアノードおよび電流トラッカ５０の出力６０に接続される。さらに、演算増 幅器５８は、対応する正負の電圧供給源端子における両端子５１および５２に接 続される。演算増幅器５８は、トランスコンダクタンス増幅器として、図４の回 路内において動作する、差動入力、単一出力、高ゲイン、高入力インピーダンス 、低出力インピーダンス増幅器である。 ダイオード５９のカソードは、センサ５５のコイル部材２５’’に接続される 。コイル部材２５’’の反対側は、グランド端子５３に接続される。ダイオード ５９は、コイル部材２５’’を通る電流を、この電流がグランドに流入するよう に、且つグランドからそのコイルを通しては流れないように制限するために使用 される。これは、隣接するコイル中の電流に対する磁気抵抗部材１７および１７ ’の抵抗特性における対称性によってなされる。この対称性は、入力コイル部材 １７中の一方向のみの電流に関わらず、コイル部材２５’’を通る電流がどちら の方向に流れても、回路を強制的に安定状態にするノイズパルスを生じ得る。 電流トラッカ５０によって感知およびトラッキングされる(tracked)入力電流 は、トラッカ５０の入力端子２６に供給され、結果的に、センサ５４のコイル２ ５を通って端子２７から出ていく電流が確立される。このような電流は、その周 囲に磁場を形成し、同様にセンサ５４の磁気抵抗部材１７の周囲にも磁場を形成 し、これにより、その抵抗を実効的に変化させる。このような抵抗の変化によっ て、部材１７および電流源５６の接合部に存在する電圧に変化が生じ、これによ り、部材１７および電流源５６の間の接合部に生じる電圧と、磁気抵抗部材１７ ’および電流源５７の間の接合部に生じる電圧との間に電位差が生じる。 この電位差は、同時に、トランスコンダクタンス増幅器、または電圧−電流イ ンバータとして作用する演算増幅器５８の差動入力間にも生じ、従って、その増 幅器によって増幅されて、そこからダイオード５９を通してコイル部材２５’’ 内へと対応する出力電流を供給する。このような電流は、端子２６において導入 される入力電流に起因して演算増幅器５８の入力端子間に初期的に見られる差動 電圧をゼロにする傾向がある方向において、磁気抵抗効果に基づく部材１７’の 抵抗の変化を生じる。 センサ５４および５５内の各磁気抵抗部材１７および１７’は、互いに良く一 致するように製造されており、結果的に、コイル２５’’中の電流に起因する部 材１７’の抵抗の変化が、コイル２５において導入される入力電流に起因して部 材１７において生じる変化と丁度等しくなることが意図されている。従って、こ のように抵抗変化のバランスをとることによって、コイル２５’’に供給される その出力における電流が端子２６を通して導入されたものに丁度等しい場合、演 算増幅器５８の差動入力端子間には有意な電位差が全く残らないはずである。従 って、演算増幅器５８の出力においてコイル２５’’に出力電流が供給されるが 、この電流は、磁気抵抗部材１７および１７’がコイル部材２５および２５’に 流れる電流の必要な一次関数(necessary linear functions)ではないにも関わら ず、端子２６を通して確立される電流に実質的に等しくなる。これらの場合にお いて、出力端子６０に供給される演算増幅器５８の出力電圧は、入力端子２６に 流れる電流の尺度の１つである。 しかし、この一致した入力電流および出力電流という望ましい結果は、センサ ５４および５５の磁気抵抗部材１７および１７’の特性の一致の厳密度、および 電流源５６および５７によって供給される電流の一致の厳密度に依存する。その 非線形性局面を含めて部材１７および１７’が良く一致していれば、磁気抵抗部 材１７および１７’の各コイル２５および２５’における電流に対する応答に非 線形性が存在することは、この望ましい結果を変えないが、一致が良くない場合 には、このような非線形性はあまり望ましくない結果を生じ得る。 このことは、コイル２５’’における出力電流を増幅５８の入力における増幅 された電位差に等しく設定することによって見出すことができる、電流トラッカ ５０の挙動を特徴づける方程式から分かる。この電位差は、磁気抵抗部材１７お よび１７’、電流源５６および５７によって供給される電流および入力電流につ いての抵抗特性式の値によって決まる。この式において、Ｉoutは、コイル２５’’を通してその出力において確立され る増幅器５８の出力電流を表し、Ｉinは、端子２６に供給されてコイル２５を通 過する入力電流を表す。電流Ｉ56およびＩ57は、それぞれ対応する電流源５６お よび５７によって確立される電流である。ゲイン定数Ｇは、演算増幅器５８のそ の出力および差動入力の間のトランスコンダクタンスを表す。 磁気抵抗部材１７および１７’のそれぞれは、上記方程式において、それぞれ 対応するコイル２５および２５’’における電流に対する２次までの非線形抵抗 器としてモデリングされる。これらのモデルに対する式は、 である。即ち、磁気抵抗部材１７および１７’は、磁気抵抗部材１７および１７ ’が感知する電流を、これらの電流の２次までのべき級数による非線形抵抗器と してモデリングされる。これらの式における係数は、０乗についてはそれぞれＲ １７Ｋ0およびＲ１７’Ｋ0であり、１乗についてはそれぞれＲ１７Ｋ1およびＲ １７’Ｋ1であり、２乗についてはそれぞれＲ１７Ｋ2およびＲ１７’Ｋ2である 。２次の多項回帰(polynomial regression)を用いた部材１７および１７’のよ うな磁気抵抗部材についての図３に示す特性に対する最適フィット(best fit)は 、これらの磁気抵抗部材について以下の式を与える。 端子２６に供給されコイル２５を通過する感知入力電流Ｉinおよび回路構成部 品および位相学(topology)に基づく回路パラメータに関して、増幅器５８の出力 からコイル２５’’を通して提供されるＩoutについて、この方程式を解くこと ができる。Ｇが十分に大きいとすると、結果は以下の通りである。磁気抵抗部材の抵抗特性係数は、上記の２次の最適フィット方程式から値を得る ことができる。その後、電流源５６および５７からの電流値を選択することによ って、Ｉoutについての前記式をＩinの値に対して評価することが可能になる。 このような関数としてのＩoutの評価によって、直ぐに、Ｉinの様々な値につ いてのＩoutおよびＩinの一致の程度が磁気抵抗部材１７および１７’のパラメ ータの一致の質に大きく依存していることがわかる。コイル２５および２５’’ に全く電流が無い状態における磁気抵抗部材１７および１７’の公称抵抗値(nom inal resistance values)に不一致があつた場合、即ち、Ｒ１７Ｋ0およびＲ１７ ’Ｋ0の値に不一致があった場合、Ｉoutについての最後の式における根号の中の 第２項によって考慮されるようにＩoutおよびＩin間に有意な差が見られる。こ の差は、根号の中の第３項が、Ｉinに依存して、第２項の大きさが比較的小さく なるような十分な大きさを得るまで、存在し続ける。従って、部材１７および１ ７’の公称抵抗に不一致が存在するとき、Ｉinの値が比較的小さい場合に、Ｉou t およびＩin間の一致は比較的良くない。Ｉinの値が十分に大きくなると、Ｉout およびＩin間の一致は驚く程向上する。 Ｉoutについての最後の式における根号の中の第３項において見られるように 、磁気抵抗部材１７および１７’についての２次表記における２次項の係数Ｒ１ ７Ｋ2およびＲ１７’Ｋ2を厳密に一致させることによって、ＩoutおよびＩin間 の一致はさらに向上する。これらの磁気抵抗部材についての上記２次表記中にお ける一次項についての係数Ｒ１７’Ｋ1が、これらの表記中の２次項についての 係数よりも大幅に小さい場合、上記一致はさらに向上する。 電流トラッカ５０における、センサ５４および５５の各磁気抵抗部材１７およ び１７’についての隣接コイル電流の関数としての抵抗特性間の一致の重要性を 考慮すると、これらの特性間の良好な一致を確実にするため、または、あらゆる 不一致の影響を打ち消すために大きな努力が必要となる場合がある。上記一致を 向上する標準的な方法の１つは、製造後に、周知の抵抗器トリミング技術を用い て、これらの磁気抵抗部材の一方の抵抗値を調節して他方の抵抗値により厳密に 一致するようにすることである。別の可能性は、動作中、図４の回路における電 流源の位置を十分な頻度で入れ替え、これにより、上記電流源における不一致を 克服するために回路出力を提供する際に上記場合のそれぞれにおいて得られる結 果を実効的に平均化することである。電流源５６および５７ならびに磁気抵抗部 材１７および１７’と同じモノリシック集積回路内に集積され得るアナログ転送 ゲートとしての相補型金属酸化物半導体電界効果トランジスタを使用することに よって、このような入替えを行うことができる。 さらに別の可能性の１つは、図５に示す回路において使用されているようなフ ルブリッジ回路とすることである。ここでは、図４の電流源５６および５７の代 わりに、２つのさらなる磁気抵抗効果型電流センサ構成５６’および５７’を使 用しており、無論、センサ５４および５５に対しても電流を供給する。端子２６ に供給される、図５の回路における入力電流は、磁気抵抗部材１７および磁気抵 抗部材１７’’’の両方を通過し、増幅器５８からの出力電流は磁気抵抗部材１ ７’および磁気抵抗部材１７’’の両方を通過する。このように２つのさらなる 磁気抵抗部材１７’’および１７’’’を、それぞれセンサ５６’および５７’ において使用することによって、端子２６に供給される入力電流に対する演算増 幅器５８の入力における信号電圧が２倍になる。この増加は、磁気抵抗部材の不 一致に起因するあらゆるオフセット電流を低減し、そして、このように低減され たオフセットに起因してより厳密に一致した電流で動作するために線形性を向上 する。 図５の回路のためのモノリシック集積回路チップ内の可能なレイアウトの１つ を、半導体材料基板内に形成された電子回路上においてやはりチップ内に提供さ れる回路の磁気相互作用部分(magnetic interacting portions)について、図６ に示す。上記回路のこれらの電子回路部分は、同図に示す破線四角内の基板中に 含まれ、入力電流との相互作用を最小化する。図５の回路における対応する回路 部材に用いたものと同じ参照符号を図６の構成部材にも使用する。これらの部材 の構造は、図１および図２に示す部材に使用したものと実質的に同じである。 本発明を好適な実施形態を参照しながら説明したが、当業者であれば、本発明 の趣旨および範囲から逸脱することなく形式および詳細の変更を行うことが可能 であることを認識するであろう。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION                                Magnetic current sensor                                Background of the Invention   The present invention relates to a ferromagnetic thin film structure exhibiting relatively large magnetoresistance characteristics. In particular, It relates to such a structure used to sense a magnetic field.   Many types of electronic systems are digital systems such as memories and field sensors Utilizes magnetic devices including both analog systems. Magnetometer and others Magnetic sensing devices are available in various types of magnetic disk memory and magnetic tape storage systems. It is widely used in many types of systems, including systems. Such devices are: Provide output signals that are representative of the magnetic field sensed by these devices under various circumstances You.   One application of such a magnetic field sensor is to be generated by current in a conductor The magnetic field is used as a basis for inferring the nature of such currents that produce these fields. It may be sensed. This is a magnetic field created by a large current for a long time For smaller current ranges, including relatively small currents. It is more difficult to realize such sensing. For example, create a field to be measured Electric current simply transmits signal information, not to conduct large electrical energy. In situations where it is supplied as a basis for You need to know.   Such a situation is a problem for many medical, instrument, and control systems. Occurs in In these systems, each part of the system comes from an external source, Or the need to send signals from other parts of the system through signal interconnects I will. Often, conductors carrying signal currents for such purposes are obtained. Part of the system that includes a sensor configuration for these signals to measure the magnetic field Must be electrically insulated from the One example is the signal in the loop current The long current loop that carries the information is grounded by lightning or electrostatic discharge. Resulting in a large voltage potential. Such potentials are often Signal sensing and receiving circuitry. This is because the circuit is still Circuit must be able to capture the signal information contained in the loop current. Needed to avoid damage to.   Signal isolators for such purposes are often cost, convenience and And preferably on a monolithic integrated circuit chip for reasons of system performance Is done. In such an arrangement, the magnetic field provided by the current containing the signal is detected. To this end, one or more solid-state magnetic field sensors are used. Used in this situation One type of magnetic field sensor is a Hall effect device. Such a device Sensitive to magnetic fields due to small currents due to the limited sensitivity of the device to magnetic fields Often it is not satisfactory.   Furthermore, the configuration for improving the limited sensitivity of the Hall effect device is satisfactory. Often there is no significant improvement or replenishment measure. Where to use the field concentrator In such cases, it is difficult to deploy in a monolithic integrated circuit including a Hall device. what Therefore, the magnetically sensitive axis of the device is monolithic The Hall device in the integrated circuit is perpendicular to the direction extending across the substrate supporting the device. I.e., the sensitivity axis of the device is the thickness of the device, not its width or length. This is because it is parallel to the direction. It also relates to the magnetic field measured by the Hall device. The information provided by a hall device is in the form of a voltage, which Limit use in bridge circuits. If a bridge circuit is used, the current signal information The output signal providing the information can be increased.   Hybrid integrated circuit or monolithic integration for signal isolation Another possibility in any of the circuits is that the intensity of the electromagnetic radiation is The use of a light source controlled by the signal current. Such light sources are integrated To infer the nature of the signal current from the transmitted and received light deployed in the circuit It is electrically insulated from the photodetectors used. This is a variety of alternative capacity bases. When performing capacity based coupling solutions Unsatisfactory solution due to difficult nearing and economic problems . Thus, signal eyes that can be manufactured at a reasonably economical cost and exhibit relatively high sensitivity Sollation equipment is required.Summary of the Invention   The invention provides a display of an input current at an output with respect to an input current supplied from a source. Is provided. The current determiner includes an input conductor and a first current sensor. Which are supported on a substrate and are adjacent but electrically insulated from each other. Spaced such that the first current sensor originates from any input current. Placed in a magnetic field. The first current sensor is magnetoresistive, anisotropic and strong It is formed by a plurality of thin film layers that are magnetic. At least two of the thin film layers are They are separated from each other by a nonmagnetic conductive layer located therebetween.   The first current sensor extends primarily along a first direction across the substrate and includes The force conductor is primarily along a second direction across the substrate that is substantially orthogonal to the first direction. Extend. A layer made of a material having high magnetic permeability is formed between the input conductor and the first current sensor. Can be used with a magnetic field concentrator and And acts as a shield against any unwanted external magnetic fields.   This sensor can be electrically connected to other electronic circuits formed in the substrate. This For a circuit like this, the input current is May be included to more accurately display To increase sensitivity Another conductor adjacent to the input or output conductors to form a bridge circuit for A flow sensor may also be provided.                             BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES   1A and 1B show a portion of a monolithic integrated circuit structure embodying the present invention. FIG.   2A, 2B, 2C and 2D are partial layer diagrams of the structural part shown in FIG. is there.   FIG. 3 shows the characteristics of the structure as shown in FIGS.   FIG. 4 is a schematic circuit diagram of a circuit for realizing the present invention.   FIG. 5 is a schematic circuit diagram of another circuit for realizing the present invention.   FIG. 6 shows a plan view of a portion of another monolithic integrated circuit structure embodying the present invention. You.Detailed Description of the Preferred Embodiment   Signal isolator based on magneto-resistive sensing of magnetic states occurring internally The magnetic field sensor for can be advantageously manufactured using a ferromagnetic thin film material. This Such devices are mounted on the surface of a monolithic integrated circuit, thereby providing a sensor device. A convenient electrical connection between the device and the arithmetic circuit therefor can be provided.   Recently, such sensors have been combined with two anisotropic ferromagnetic thin films. By providing it in the form of an intermediate thin layer of a separation material having a major surface, The thickness of the ferromagnetic thin film and intermediate layer of the "sandwich" structure is sufficiently small , It was found that a "giant magnetoresistance effect" could be obtained in the sensor . This effect is due to the fact that these ferromagnetic films and intermediate By forming such a sensor, formed can be enhanced. result The well-known anisotropic magnetoresistive response due to the "giant magnetoresistance effect" Producing a magnetoresistive response that can range up to a greater order of magnitude than when Can be. Sensing the magnetic field outside a monolithic integrated structure device containing such a sensor For known sensors similar to those described herein, see J.A. M. Daughton No. 08 / 384,647, `` Magnetoresistive S. tructure With Alloy Layer '' and J. M. Daughton's co-pending U.S. patent application number 08/096, No. 765 `` Magnetic Structure with Stratified Layers '' I have. In both applications, Assigned to the same assignee as the present application, Also in this specification Incorporated for reference.   FIG. Monolithic with support semiconductor chip as part of isolator substrate FIG. 2 is a plan view of a signal isolator formed as a part of the integrated circuit. Isole Data board It is convenient to provide an arithmetic circuit for this signal isolator inside. possible. Or The signal isolator is Hybrid collection on ceramic substrate It can be formed as part of an integrated circuit. FIG. 1B A part of the diagram shown in FIG. Sarana FIG. 3 is an enlarged partial view for clarity, Also cut out part for further clarification It exposes the structure below. Structure shown as used An optional protective layer deployed throughout, For clarity of some other layers It is omitted in the figure for In the same figure, the structural part located below the other structural part Is shown in dotted form, Other structural parts are shown in solid line form.   1A and 1B, FIG. 2A, FIG. 2B, FIG. 2C, 2D and 2 E is Layer diagram of the corresponding structural parts marked in FIGS. 1A and 1B It is. These layer diagrams are The structural layers leading to the structure shown in FIGS. 1A and 1B Shows, Not an exact cross section, Many dimensions exaggerated or reduced for clarity Have been.   As mentioned above, The current sensing structure Typically, Mounted on a semiconductor chip 10 , Semiconductor chips are Appropriate arithmetic circuits for the sensors are provided internally. Electrical The insulating layer 11 On the semiconductor chip 10 by sputtering deposition of silicon nitride Formed, A pair of ferromagnetic thin film layers separated from each other by a non-magnetic conductive intermediate layer Support current sensor "sandwich" structure with More on this later Details will be described. Of the current sensor formed by the semiconductor chip 10 and the support layer 11 The board for FIG. 2A, FIG. 2B, 2C and 2E, Reference number 10, 11 Indicated by In these figures, the insulating layer 11 and the semiconductor chip 10 are distinguished from each other. Not. In the higher resolution diagram of FIG. 2D, Only part of layer 11 is shown . Typically, Layer 11 is approximately 10 Formed to a thickness of 000mm You.   afterwards, The “sandwich” structure described above is provided on layer 11. Ferromagnetic thin film layer And each of the middle layers A magnetoresistive circuit resistor acting as a current sensor As a basis for forming Deployed by sputtering deposition. This multi-layer structure The structure is Has a sheet resistivity of about 13Ω / □ or more, Giant magnetism over 5% Resistance effect, And a saturation field of about 40 Oe.   In this structure, The first tier to be deployed is: Sputter deposited on nitride layer 11 Composite ferromagnetic thin film layer, As shown in FIG. 2D, The composite ferromagnetic thin film layer One stratum 12 is 65% nickel, 15% iron and 20 % Alloy with a thickness of 40%, This is typically about 10, Has a magnetic saturation induction of 000 gauss obtain. The deposition of this layer Becomes a film having a face-centered cubic structure, One parallel to the drawing plane This is done in the presence of an external magnetic field in the plane of the oriented film. At the time of this production Than, Access in the direction along the plane of the drawing is facilitated. Second Stratum 1 3 is also Provided in a sputtering deposition process in the presence of a similar manufacturing magnetic field . The second stratum is 15% thick with 5% iron and 95% cobalt Formed in As a result, this material About 16, Has a magnetic moment of 000 Gauss I can do it. this is, The value is higher than the magnetic moment of the first stratum 12. Materials with a high magnetic moment Deployed next to the next formed intermediate layer, Obtain a larger giant paramagnetic effect, The lower moment of stratum 12 is The resulting current sensor is Compared to the case without this, Higher for smaller places Deployed to maintain high sensitivity.   afterwards, The middle layer 14 Deployed by sputter deposition on layer 13 It is. This intermediate layer Conductive but non-magnetic. Layer 14 is Typically, 3 A 5 mm thick copper is formed. After the deployment of Tier 14, Second composite ferromagnetic on layer 14 A thin film layer is formed, To use the same deposition process, Its structure is Because the order is reversed outside is, It corresponds to the structure of the first composite layer comprising stratums 12 and 12. This As a result, The layer with the larger magnetic moment is again adjacent to layer 14, Small magnetic motor A layer having a segment is disposed thereon. Other than the above, these layers are the same Because In FIG. 2D, These correspond to stratums 13 and 12, 13 'And 12'.   After this "sandwich" structure is completed, 20 of tantalum or tantalum nitride A 0 ° layer is sputter deposited on the stratum 12 ′, This allows Lower stray To passivate and protect Tom 12 ' Electricity for circuit purposes Enable interconnectivity. The resulting layer of tantalum or tantalum nitride 15 is From its conductivity, Cause some shunting of current from the rest of the current sensor. Strain, From this, Giant magnetoresistance effect achieved by a structured current sensor Effectively reduce fruit. Layer 15 is Visible compared to ferromagnetic composite and non-magnetic interlayers Because it is so thick, In FIG. 2D, a part is omitted and illustrated.   Similarly, A further layer 16 deposited on layer 15 Relatively large thickness of 100mm Because In FIG. 2D, a part is omitted and illustrated. Layer 15 First sputtering Wash, Approximately 75 ° is removed. On the cleaned layer 15, 40% chromium and Layer 16 is sputter deposited as a 60% silicon chromium silicon layer, in addition Used as an etch stop when etching the provided milling mask layer later To use.   Therefore, Another layer of silicon nitride, Sputter deposits to a depth of 1000 mm on layer 16 Pile up, This is used as a milling mask, The remaining part of this layer Set up later Built into the additional insulation layer This layer is not shown in FIG. 2D. On this silicon nitride mask layer, After etching A mask on the silicon nitride mask layer. Like forming an etching mask to leave a mask pattern, Photoresist Is deposited and patterned. This last pattern is Milling through it After doing The result is a serpentine resistor structure You. This meandering resistor structure, Connect this resistor to the equipment circuit network. Acts as a current sensor having an interconnect extension extending therefrom for interconnecting I do. Reactive ion etching using patterned photoresist What The silicon nitride layer is formed up to the chromium silicon layer 16 acting as an etch stop. The exposed portion of the mask layer is removed. The rest of the silicon nitride layer After Ion Millimeter Act as a milling mask as described above for the milling process. Ion milling process Is The exposed portion of the chrome silicon layer 16 is removed, Exposed by it, Stre Excluding portions of the second composite ferromagnetic thin film layer formed as Leave The portion of the intermediate nonmagnetic layer 14 exposed thereby is removed, Thereby dew Of the first composite ferromagnetic thin film layers formed as the extracted stratums 13 and 12 The portion is removed up to the silicon nitride layer 11.   The resulting current sensor and interconnect structure 17 2D hand, It is illustrated as a single layer structure instead of a multilayer structure. Because In these figures, Yo This is because a larger scale is used. Therefore, The obtained current sensor and The interconnect structure 17 This single layer format is shown in both FIGS. 2B and 2C. Part of this structure is Also seen in the plan views of FIGS. 1A and 1B, Also in these figures The reference numeral 17 is attached to the structure of. Easy axis of the ferromagnetic thin film composite layer ) Perpendicular to the direction in which the longest segment of the current sensor in structure 17 extends You.   Following the completion of the current sensor and interconnect structure 17, Silicon nitride 10, 0 An insulating layer 20 having a thickness of not less than 00 ° is formed by sputter deposition (FIG. 2A, FIG. 2B, FIG. 2C and FIG. And in FIG. 2E, Silicon nitride milling shown in combination with this insulating layer On the structure 17 and on the exposed portion of the silicon nitride layer 11 Can be The quality and thickness of the insulating layer 20 is very important. Because Further below As explained in detail, The quality and thickness of the insulating layer 20 are To carry signal current An input conductor provided on the Between the voltage appearing on the current sensor and the interconnect structure 17 This is because the withstand voltage performance of this layer is determined. Good quality and 10, 000Å The insulating layer 20 having a thickness of Providing a breakdown voltage exceeding 1000V, Significantly more than this To increase the capability of the insulating layer 20 to withstand a large voltage, Use a thicker layer Can be.   After providing this insulating layer, Two separate etchings are performed on layer 20 . In the first time, Pattern the entire photoresist, This allows Structure If an opening is to be provided in the insulating layer 20 to form an electrical interconnection with the structure 17 An opening is provided at the place. Opening 21 in layer 20 by reactive ion etching Provided, This allows Exposing layer 16 of structure 17 as shown in FIG. 2C. Second time In the etching step, again, Monolithic forming the semiconductor chip 10 Circuits connected to pads 23 in an integrated circuit provide current sensors and interconnects. To connect the structure 17, In the insulating layer 20, Insulating layer 11 and semiconductor chip base In any other layer in the board 10 Opening required to expose interconnect pads 23 In the place where the mouth 22 is formed, Photoresist provided in a pattern with openings Is done. A portion of pad 23 is shown in FIG. The rest of the interconnect circuit and The electronic circuit electrically connected thereto is not shown.   When these openings in insulator 20 are completed, The first layer 24 of metal interconnect , Initially, the spatula is removed to remove about half the thickness of the exposed portion of the chromium silicon layer 16. Tutter cleaning is provided. Following this wash, Aluminum alloyed with 2% copper Sputter-deposit a layer of film. This layer The openings 21 and 22 are filled. If not, This layer Supported on the upper surface of insulating layer 20. Layer 24 is Open Filling into the mouth 21 leads to the "sandwich" structure of structure 17 Electrical connection, Through the chrome silicon layer 16 and the rest of the tantalum layer 15 And conductively connected, Further, by filling the inside of the opening 22, the Is connected to the pad 23. Providing a photoresist on layer 24; Unnecessary part of layer 24 Pattern so as to be exposed. This unnecessary part, later, Reactive ion etch Removed by This allows Obtain desired interconnect structure in first metal layer 24 You.   By removing unwanted portions of layer 24, Several structures are obtained. That The most important structure is Most of the input conductor through which the signal current flows. This major portion is In the form of a six turn coil 25 And In FIG. 1A, it is illustrated as a hexagonal path. Part of the coil 25, FIG. B, 2A and 2B, The same reference numerals are given. Coil interconnect Minute 25 ' Formed of the same first layer interconnect metal; Coil in FIG. 1A Extending from the right side of 25 to the external interconnect pad configuration 26. This coil interconnect Part 25 ' As explained further below, A second interconnect layer metal portion is provided above. Including a first layer interconnect metal base. The other end of the coil 25 also Less than As explained further below, Connected to interconnect pad configuration 27. Furthermore, Mutual connection Connection paths 28 and 29 As also illustrated in FIG. 1A, Current sensors and interconnects Extending from the end of the interconnect extension of interconnect 17 to interconnect pads 30 and 31 Violated. The interconnect path 28 also The same reference numerals are given in FIG. 2E.   The first metal interconnect layer 24 Typically deposited to a thickness of 5000 to 7500mm And This allows Some parts of the resulting conductive structure Excessive heating or electrons Without migration (electromigration), Maximum in current conductors carrying signal current Ensure that a current density of 5 mA / μm is acceptable. If necessary, Money, copper , Alternatively, an alternative metal such as tungsten may be used for the first layer of the interconnect. Another As an alternative to The number of turns of the coil 25, And Thickness of conductor forming coil And both the width and Impedance given to input current source by coil 25 May be affected. For impedance adjustment, Manufacturing additional circuit structures May be.   Upon completion of coil 25 and interconnect paths 28 and 29, Followed by Above that and above the exposed portions of layer 20, Another 7500% silicon nitride Deposit a layer of concrete, An additional insulating layer 35 is formed. Pattern the photoresist with the opening Learning A hole is provided in the layer 35 under the opening is patterned, and Accepts the interconnect formed by the second layer of interconnect metal as described in Sea urchin Deposited on layer 35, . Using reactive ion etching, These openings Part 36, As shown in FIGS. 2A and 2E, Formed in layer 35.   On the second insulating layer 35, Forming additional metal deposits, Again 2% copper and alloy Forming a second metal interconnect layer 37 of patterned aluminum; This allows Layer 3 Cover 5 The opening 36 is filled. By filling the opening 36 with the metal layer 37, And As shown in FIGS. 2A and 2E, Layer 37 is Formed from the rest of layer 24 Connected directly to the exposed part of the structure. Layer 37 is Typically, 3500mm thick Is deposited. Photoresist having openings at locations where unnecessary portions of layer 37 are removed Strikes on it, Therefore, reactive ion etching is performed to Remove the minute. The structure obtained by this removal is shown in FIG. 1A. This structure Re A lead-out 38. This readout 38 Seen in FIG. 2A like, From the inner end of the coil 25 to the upper part of the insulating rest 35, Therefore, the upper part of the coil 25 And extends to the pad 27. The remaining part of the second metal layer 37 As shown in FIG. Like A pad 26 for transferring signals from the remainder of the first metal layer 24; 30 And 31 to form the metal foundation 39. In FIG. 1A, Broken line Is It does not indicate which layer covers which layer.   By sputter depositing 7500 ° silicon nitride, Further insulating layer 4 0 is provided on the remaining part of the metal layer 37 and on the exposed part of the insulating layer 35. Insulating layer 40 is Acts as a passivation and protection layer for the underlying device structure , Also, It also acts as the basis for a permeable mass. This transmission Sexual lump, Above the current sensor portion of the current sensor and interconnect structure 17 On the part of the coil 25, Flux shield and concentrator Provided to act as.   The configuration of such a concentrator is Ferromagnetic thin film initiation layer It starts by depositing 41. This layer 41 Electrodes for later electroplating process As and, Adhesion for adhering the next layer of metal provided thereon to the insulating layer 40 Acts as a layer. Then Deposit and pattern the photoresist, this By Layer above current sensor portion of current sensor and interconnect structure 17 An opening is provided on the portion 41. Then 20 gold in this opening, 000Å Electroplate. this is, A stress relief layer of a mass of permeable material that is later deposited there (stress relief layer) 42. Then After depositing the starting layer Remove the coated photoresist layer, A new opening is defined above the stress relief layer 42. Apply a new photoresist. Then The permeable mass 43 This last opening The inside is formed by electroplating. This mass is 80% iron and 20% nickel Formed from an alloy of permeable materials, including: Deposited to a thickness of 14 microns.   Then The photoresist that guides the plating of layer 43 is removed. Equipment Re Acid, Acetic acid, Immersed in an acid bath formed from a mixture of and nitric acid, This allows The starting layer 41 is removed from portions other than below the layers 42 and 43. The resulting permeable mass Body shield and concentrator, Illustrated in FIG. 2B. Then Interconnect Pad 26, 27, On 30 and 31 A via opening 44 is provided in the layer 40. A further layer of photoresist having openings at the locations where Deposits on equipment. Anti Using reactive ion etching, An opening is provided as seen in FIG. 2E. this These openings are External circuit through the base 39, usually by ball bonding wiring Enables the next interconnection to afterwards, The wafer forming the above apparatus is Ue C inspection, Preparing the separation of individual devices into separate chips and their packaging Ready state.   FIG. 1A, FIG. 1B, FIG. 2A, FIG. 2B, FIG. 2C, 2D and 2E. One of the basic modes of operation of the isolator device is: Current sensor and interconnect structure While supplying a constant current via 17 A mode that monitors the voltage developed across the structure Is. This voltage is Due to the magnetoresistance of structure 17, Conducted through coil 25 It is a function of the magnitude of the incoming signal current. Therefore, The measurement voltage is At least enough For the current in the coil 25 having a small frequency content, Current sensor The electrical resistance of the interconnect and interconnect structure 17; And the magnitude of the current flowing through the coil 25 It is an index.   The resistance measured for structure 17 is About the zero signal current in the coil 25, It turns out to be symmetrical, Both positive and negative currents through the same size coil Are almost equivalent to each other. But, The resistance of structure 17 is As can be seen in FIG. It must be a non-linear function of the magnitude of the signal current in coil 25. I understand. This nonlinearity is Structural configuration of the device described in these figures, Forming a current sensor in a current center in interconnect structure 17 Magnetic properties of the "sandwich" structure, And shields and concentrators This is considered to be due to the magnetic properties of the material in the data layer 43. Furthermore, In coil 25 For sufficiently large signal currents, Heat effect, Current sensor and interconnection structure 1 7 affect the resistance. Because The thermal coefficient of the structure is Typically about 1400pp This is because m / ° C. Typically, Frequency at which the operation of the device is not affected by frequency The number range is Up to tens or hundreds of megahertz.   FIG. 1A, FIG. 1B, FIG. 2A, FIG. 2B, FIG. 2C, FIG. 2D, And in FIG. 2E The output for the current flowing in the coil 25 indicated by the signal isolator as described above is , The accuracy is limited by the nonlinearity described above. This performance limitation is Entering Using two or more signal isolators in the power circuit, The added isolator is Helping to counteract the effects of nonlinearities exhibited by the first isolators. By making it possible, it can be substantially reduced. Such input to achieve this result One of the power circuits is This is to use the input-output current tracker 50 shown in FIG.   The current tracker 50 is A first terminal 51 suitable for connection to a source of a stop voltage; negative It operates between a further terminal 52 suitable for connection to a voltage supply. Another terminal 5 3 is Connected to provide reference voltage or ground reference voltage. This criterion A voltage is supplied to terminals 51 and 52 with respect to a voltage or a ground reference voltage.   The tracker 50 A pair corresponding to the interconnect pad configurations 26 and 27 of FIG. 1A. Input terminals. In FIG. 4, these reference numerals are used for these input terminals. I have. Similarly, The coil 25 of FIG. 1A is interconnected between terminals 26 and 27, Figure 4 is also given the reference numeral 25. The coil interconnect 25 'of FIG. And coil readout 38 Reference numerals for equivalent conductor parts shown in FIG. . Finally, The current sensor and interconnect structure 17 of FIGS. 1A and 1B include: In FIG. References are made as for equivalent resistors. Coil 25 and current sensor and mutual Both connection structures 17 are shown within the dashed box 54, This allows These are both magnetoresistive 4 illustrates forming an effect-type current sensor configuration.   The remaining part of the current tracker 50 of FIG. Configuration of magnetoresistive current sensor 54 Additional magnetoresistive current sensor intended to be manufactured to conformity Starting with the addition of 55, It differs from that shown in FIGS. 1A and 1B. As a result, Within the dashed square representing the magnetoresistive effect type current sensor 55, Sensor 5 5 is 17 ′, The coil member is 25 ″.   Each of the magnetoresistive members 17 and 17 'of the sensors 54 and 55 has Set During operation with the corresponding constant current source of the current source pairs 56 and 57, Constant current supply Is done. These constant current sources are The current supplied by one is exactly the current supplied by the other To match It is intended to be manufactured to conform structurally to one another. The current source 56 is connected between the terminal 51 and the magnetoresistive member 17, The current source 57 is a terminal 51 and the magnetoresistive member 17 '. Magnetic resistance members 17 and 1 Each of 7 ' The opposite end is connected to terminal 52, This allows Half brid A circuit is formed. Each bridge circuit member is supplied with current by the corresponding constant current source And The resistance value of each member is Changes due to the current flowing through the adjacent coil You.   The differential input of the operational amplifier 58 is Respectively, For current sources and magnetoresistive members Connected to one corresponding joint. Therefore, The inverting input of the operational amplifier 58 is Electric It is connected to the junction between the flow source 56 and the magnetoresistive member 17. Non-inverting of operational amplifier 58 The transfer input is The current source 57 and a magnetoresistive resistive member (magnetoresistive resistive member) member) 17 '. The output of the operational amplifier 58 is Diode 5 9 and to the output 60 of the current tracker 50. further, Calculation increase The width device 58 is Connect to both terminals 51 and 52 of the corresponding positive and negative voltage supply terminals. Continued. The operational amplifier 58 As a transconductance amplifier, Fig. 4 times Operate in the road, Differential input, Single output, High gain, High input impedance , It is a low output impedance amplifier.   The cathode of the diode 59 is Connected to the coil member 25 ″ of the sensor 55 . The opposite side of the coil member 25 '' Connected to ground terminal 53. diode 59 is The current passing through the coil member 25 " So that this current flows into the ground To And used to restrict the flow from ground through the coil Is done. this is, Magnetoresistive members 17 and 17 for current in adjacent coils 'By the symmetry in the resistance characteristics. This symmetry is Input coil member Regardless of the current in only one direction out of 17, Which current passes through the coil member 25 '' Flow in the direction of Noise pulses can be created that force the circuit into a stable state.   Input current sensed and tracked by current tracker 50 Is Supplied to the input terminal 26 of the tracker 50, as a result, Coil 2 of sensor 54 A current exiting terminal 27 through 5 is established. Such a current That week Create a magnetic field in the enclosure, Similarly, a magnetic field is formed around the magnetoresistive member 17 of the sensor 54. And This allows The resistance is effectively changed. Due to such a change in resistance, hand, A change occurs in the voltage present at the junction of member 17 and current source 56, This And The voltage developed at the junction between member 17 and current source 56; Magnetic resistance member 17 ′ And the voltage at the junction between the current sources 57.   This potential difference is at the same time, Transconductance amplifier, Or voltage-current Also occurs between the differential inputs of the operational amplifier 58 acting as an inverter, Therefore, Increase Amplified by the breadth, From there, the coil member 25 ″ is passed through the diode 59. Supply the corresponding output current into the interior. Such a current Introduced at terminal 26 Differential between the input terminals of the operational amplifier 58 due to the applied input current In the direction that tends to zero voltage, Of the member 17 ′ based on the magnetoresistance effect This causes a change in resistance.   Each magnetoresistive member 17 and 17 'in sensors 54 and 55 Good one with each other It is manufactured to match as a result, Part caused by current in coil 25 '' The change in the resistance of the material 17 ′ Due to the input current introduced in the coil 25 It is intended to be exactly equal to the change that occurs in the material 17. Therefore, This By balancing the resistance change as in Supplied to the coil 25 '' If the current at its output is exactly equal to that introduced through terminal 26, Performance No significant potential difference should remain between the differential input terminals of the operational amplifier 58. Obedience What At the output of the operational amplifier 58, an output current is supplied to the coil 25 ''. , This current is Magnetic resistance members 17 and 17 'are connected to coil members 25 and 25'. Despite not necessary necessary linear functions of the flowing current Without It will be substantially equal to the current established through terminal 26. In these cases And The output voltage of the operational amplifier 58 supplied to the output terminal 60 is To input terminal 26 It is one of the measures of the flowing current.   But, The desired result of this matched input and output current is Sensor Strictness of coincidence of the characteristics of the magnetoresistive members 17 and 17 'of 54 and 55, and It depends on the exactness of the matching of the currents supplied by the current sources 56 and 57. That If the members 17 and 17 'match well including the non-linearity phase, Magnetic resistance part The response of the members 17 and 17 'to the current in the coils 25 and 25' The existence of linearity means that While not changing this desired result, If the match is not good In Such non-linearities can have less desirable consequences.   This means Amplify the output current in coil 25 '' at the input of amplifier 58 Can be found by setting equal to the given potential difference, Current tracker It can be seen from the equations characterizing the 50 behaviors. This potential difference is Magnetic resistance member 17 And 17 ', The current supplied by the current sources 56 and 57 and the input current Is determined by the value of the resistance characteristic equation.In this equation, IoutIs established at its output through coil 25 '' The output current of the amplifier 58inIs supplied to the terminal 26 and passes through the coil 25. Represents the input current passed. Current I56And I57Are the corresponding current sources 56 and And 57 are the currents established. The gain constant G is equal to that of the operational amplifier 58. Represents the transconductance between the output and the differential input.   Each of the magnetoresistive members 17 and 17 ′ in the above equation Non-linear resistance up to second order for current in corresponding coils 25 and 25 '' Modeled as a vessel. The equations for these models are It is. That is, the magnetoresistive members 17 and 17 'are 'Senses currents with non-linear resistors in power series up to the second order of these currents. Modeled. The coefficients in these equations are R 17K0And R17'K0, And for the first power, R17K1And R 17'K1And the squares are R17K respectivelyTwoAnd R17'KTwoIs . Members 17 and 17 'using second-order polynomial regression The best fit for the characteristics shown in FIG. 3 for such a magnetoresistive member is The following equations are given for these magnetoresistive members.   The sensed input current I supplied to terminal 26 and passing through coil 25inAnd circuit components Output of amplifier 58 with respect to product parameters and circuit parameters based on topology. Provided through coil 25 '' fromoutSolving this equation for Can be. Assuming G is large enough, the result is:The value of the resistance characteristic coefficient of the magnetoresistive member is obtained from the above-described quadratic optimal fitting equation. be able to. Then, by selecting the current values from current sources 56 and 57, What IoutThe above equation forinCan be evaluated against the value of   I as such a functionoutImmediately by the evaluation of IinVarious values of IoutAnd IinThe degree of coincidence is the parameter of the magnetoresistive members 17 and 17 '. It can be seen that it largely depends on the quality of data matching. Coils 25 and 25 '' No current is applied to the magnetoresistive members 17 and 17 ′ in the state where no current is supplied to them (nom). inal resistance values), that is, R17K0And R17 'K0If there is a mismatch in the values ofoutIn the radical in the last expression about I as considered by the second termoutAnd IinThere is a significant difference between them. This Is that the third term in the radical is Iin, The size of the second term is relatively small It stays there until it gets big enough. Therefore, members 17 and 1 7 'when there is a mismatch in the nominal resistanceinIs relatively small, Iou t And IinThe agreement between them is relatively poor. IinIs large enough, Iout And IinThe agreement between them improves surprisingly.   IoutAs seen in the third term in the radical in the last equation for , The coefficient R1 of the quadratic term in the quadratic notation for the magnetoresistive members 17 and 17 ' 7KTwoAnd R17'KTwoBy exactly matchingoutAnd Iinwhile The match is further improved. In these secondary notations for these magnetoresistive members, Coefficient R17'K for the first order term1But the quadratic terms in these notations If it is much smaller than the coefficient, the match is further improved.   In the current tracker 50, each of the magnetoresistive members 17 and Importance of matching between resistance characteristics as a function of adjacent coil current for Consideration should be given to ensuring a good match between these properties or Great effort may be required to counteract the effects of the disagreement. Match the above One of the standard ways to improve is to use well-known resistor trimming techniques after manufacture. Therefore, the resistance of one of these magnetoresistive members is adjusted to more strictly the other. The goal is to match. Another possibility is that during operation, the power in the circuit of FIG. The locations of the sources are swapped frequently enough to eliminate inconsistencies in the current sources. The results obtained in each of the above cases when providing the circuit output to overcome Effective averaging of the results. Current sources 56 and 57 and magnetic resistance section Analog transfer that can be integrated in the same monolithic integrated circuit as materials 17 and 17 ' Using complementary metal oxide semiconductor field effect transistors as gates Therefore, such replacement can be performed.   One further possibility is that a filter such as that used in the circuit shown in FIG. A bridge circuit. Here, the current sources 56 and 57 in FIG. Instead, two additional magnetoresistive current sensor configurations 56 'and 57' are used. Of course, it also supplies current to the sensors 54 and 55. Terminal 26 5 is supplied to the magnetoresistive member 17 and the magnetic resistor. The current output from the amplifier 58 passes through both of the resistance members 17 '' ' 7 '' and the magnetoresistive member 17 ''. Thus two further The magnetoresistive members 17 "and 17" "are connected to sensors 56" and 57 ", respectively. To increase the computation for the input current supplied to terminal 26. The signal voltage at the input of the breadther 58 is doubled. This increase is due to the failure of the magnetoresistive member. Reduce any offset current due to the match, and thus reduce Improved linearity to operate with a more closely matched current due to offset I do.   One of the possible layouts in a monolithic integrated circuit chip for the circuit of FIG. On an electronic circuit formed in a semiconductor material substrate, also in a chip. Figure 6 shows the magnetic interacting portions of the circuit Shown in These electronic circuit parts of the above circuit are mounted on the substrate within the dashed square shown in FIG. Included to minimize interaction with the input current. Corresponding circuit in the circuit of FIG. The same reference numerals used for the members are used for the components in FIG. These components Is substantially the same as that used for the members shown in FIGS.   Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, those skilled in the art will recognize Format and details can be changed without departing from the spirit and scope of the Will recognize.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ，ＺＷ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, L U, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF) , CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, KE, LS, MW, S D, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG) , KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT , AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, F I, GB, GE, GH, HU, IL, IS, JP, KE , KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, M X, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE , SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UZ, VN, ZW

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １．出力において、入力電流の源から供給される該入力電流の表示を供給する電 流判定器であって、 基板と、 該入力電流を導通させるに適した、該基板上に支持された入力導体と、 該基板上に支持された第１の電流センサであって、該入力導体に隣接している が該入力導体から間隔を開けられていることにより該基板上において該入力導体 との何れの直接的回路相互接続からも電気的に隔離されているが、該入力電流か ら発生する磁場内に位置しており、磁気抵抗性であり異方性であり強磁性である 複数の薄膜層から形成され、該複数の薄膜層のうちの少なくとも２つがその間に 位置する非磁性層により互いに分離されている、第１の電流センサと を含む、電流判定器。 ２．前記入力導体および前記第１の電流センサの両方の近傍に位置して磁場コン セントレータとして作用する、実質的に透磁性を示す材料の層をさらに含む、請 求項１に記載の装置。 ３．前記第１の電流センサが、前記基板上の第１の方向に沿って主要な延びを有 し、前記入力導体が、該第１の方向に実質的に直交する、該基板上の第２の方向 に沿って主要な延びを有する、請求項１に記載の装置。 ４．前記基板が、電気回路部品を含むモノリシック集積回路構造をさらに含み、 該電気回路部品のうちの少なくとも１つが前記第１の電流センサに電気的に接続 されている、請求項１に記載の装置。 ５．前記基板上に支持された第２の電流センサであって、該基板上の該第２のセ ンサとの何れの直接的回路相互接続からも電気的に隔離されるように該基板上に 支持された別の導体に隣接しているが該別の導体から間隔を開けられている第２ の電流センサをさらに含み、該第２の電流センサが、該別の導体において起こる 電流から発生する磁場内に位置し、該第２の電流センサが、磁気抵抗性であり異 方性であり強磁性である複数の薄膜層から形成され、該複数の薄膜層のうちの少 なくとも２つが非磁性層により互いに分離されている、請求項１に記載の装置。 ６．前記基板に実質的に平行に方向づけられた、実質的に透磁性を示す材料の層 をさらに含み、前記入力導体および前記第１の電流センサの両方が、少なくとも 部分的に、該透磁性材料層と該基板との間に位置して、該透磁性材料層が、磁場 コンセントレータとして作用する、請求項４に記載の装置。 ７．前記第１および第２の電流センサの各々が、互いに且つ該第１および第２の 電流供給源のうちの対応するものと電気的に接続されて電流を供給し得る、請求 項５に記載の装置。 ８．前記第１および第２の電流センサの各々が、互いに且つ第３および第４の電 流センサのうちの対応するものと電気的に接続され、該第３および第４の電流セ ンサが各々、磁気抵抗性であり異方性であり強磁性である複数の薄膜層から形成 され、該複数の薄膜層のうちの少なくとも２つがその間に位置する非磁性層によ り互いに分離され、該第４の電流センサが該第３の電流センサと電気的に接続さ れ、該第１および第３の電流センサが電気エネルギー付与源を介して互いに直列 に電気的に接続され且つ該第２および第４の電流センサが電気エネルギー付与源 を介して互いに直列に電気的に接続されてブリッジ回路を形成し、該第３の電流 センサが該基板上に支持され、該入力導体に隣接しているが該入力導体から間隔 を開けられていることにより該入力導体とは電気的に隔離されているが、該入力 電流から発生する磁場内に位置しており、該第４の電流センサが該基板上に支持 され、該別の入力導体に隣接しているが該別の導体から間隔を開けられているこ とにより該別の導体とは電気的に隔離されているが、該別の導体内において起こ る電流から発生する磁場内に位置している、請求項５に記載の装置。 ９．出力と１対の入力とを有し、その間に起こる電位差が該出力に現れる該差の 増幅された表示となる、差動増幅器をさらに含み、該増幅器入力が各々、前記第 １および第２の電流センサのうちの対応するものと前記第１および第２の電流供 給源のうちの対応するものとの間の接続部に電気的に接続されている、請求項７ に記載の装置。 １０．出力と１対の入力とを有し、その間に起こる電位差が該出力に現れる該差 の増幅された表示となる、差動増幅器をさらに含み、該増幅器入力のうちの一方 が前記第１および第３の電流センサ間の接続部に電気的に接続され、該増幅器入 力の他方が前記第２および第４の電流センサ間の接続部に電気的に接続されてい る、請求項８に記載の装置。 １１．前記差動増幅器出力が、前記別の導体に電気的に接続されている、請求項 ９に記載の装置。 １２．前記差動増幅器出力が、前記別の導体に電気的に接続されている、請求項 １０に記載の装置。 １３．入力に供給された入力電流の大きさに実質的に従う大きさの出力電流を供 給する電流トラッカであって、 電気エネルギー付与源に電気的に接続されたブリッジ回路であって、該ブリッ ジ回路が、複数の磁気抵抗性部材を含み、該複数の磁気抵抗性部材の各々が磁気 抵抗効果型電流センサであり、複数の感知導体があり、該複数の感知導体の各々 が、対応する該磁気抵抗部材に隣接し、該磁気抵抗部材が、該入力に電気的に接 続され該ブリッジ回路との何れの直接的電気相互接続からも電気的に隔離された 該感知導体を含み、対応する該磁性抵抗部材に隣接する更なる感知導体があり、 その間に何れの透磁性材料をも介することがない、ブリッジ回路と、 該ブリッジ回路に電気的に接続された複数の入力と、該更なる感知導体に電気 的に接続されて該出力電流を供給する出力とを有する差動入力増幅器と、 を含む、電流トラッカ。 １４．前記ブリッジ回路がさらに、複数の電流供給源を含む、請求項１３に記載 の装置。 １５．前記ブリッジ回路が、前記複数の電流センサのうちの、少なくとも４つの 磁気抵抗性効果に基づいた電流センサを含む、請求項１３に記載の装置。 １６．前記基板上に支持された第２の電流センサであって、前記入力導体に隣接 しているが該入力導体から間隔を開けられていることにより、前記基板上におい て該入力導体との何れの直接的な回路相互接続からも電気的に隔離されているが 、該入力導体内において起こる電流から発生する磁場内に位置する、第２の電流 センサをさらに含み、該第２の電流センサが磁気抵抗性であり異方性であり強磁 性である複数の薄膜層から形成され、該複数の薄膜層のうちの少なくとも２つが その間に位置する非磁性層により互いに分離されている、請求項１に記載の装置 。 １７．前記第１の電流センサが前記入力導体から、少なくとも部分的に、電気的 絶縁材料により間隔を開けられている、請求項１に記載の装置。 １８．前記基板上に支持された前記入力導体が、コイルとして形成されており、 該コイルが、該コイル内部の点回りにあり、該コイルに実質的に直交する該内部 点を通過する軸に沿って実質的に延びることがない、請求項１に記載の装置。 １９．前記基板上に支持された前記入力導体が、コイルとして形成されており、 該コイルが、該コイル内部の点回りにあり、該コイルに実質的に直交する該内部 点を通過する軸に沿って実質的に延びることがない、請求項２に記載の装置。 ２０．前記差動増幅器出力と、該差動増幅器による前記出力電流を供給された前 記感知導体との間に電気的に接続されたダイオードがある、請求項１３に記載の 装置。 ２１．前記電気的絶縁性材料が、前記入力導体と前記第１の電流センサとの間に おいて、少なくとも厚み１０，０００Åである、請求項１７に記載の装置。 ２２．入力に供給された入力電流の大きさに実質的に従う大きさの出力電流を提 供する電流トラッカであって、 電気エネルギー付与源に電気的に接続されたブリッジ回路であって、該ブリッ ジ回路が、基板上に支持された複数の磁気抵抗性部材を含み、該複数の磁気抵抗 性部材の各々が磁気抵抗効果型電流センサであり、該基板上に支持された複数の 感知導体があり、該複数の感知導体の各々が、対応する該磁気抵抗部材に隣接し 、該磁気抵抗材料が、該入力に電気的に接続され且つ該基板上の該ブリッジ回路 との何れの直接的電気相互接続からも電気的に隔離された該感知導体を含み、対 応する該磁性抵抗部材に隣接する更なる該感知導体がある、ブリッジ回路と、 該ブリッジ回路に電気的に接続された複数の入力と、該更なる感知導体に電気 的に接続されて該出力電流を供給する出力とを有する差動入力増幅器と、 を含む、電流トラッカ。 ２３．前記ブリッジ回路がさらに、複数の電流供給源を含む、請求項２２に記載 の装置。 ２４．前記ブリッジ回路が、前記複数の電流センサのうちの、少なくとも４つの 磁気抵抗性効果に基づいた電流センサを含む、請求項２２に記載の装置。 ２５．前記差動増幅器出力と、該差動増幅器による前記出力電流を備えた前記感 知導体との間に電気的に接続されたダイオードがある、請求項２２に記載の装置 。[Claims] 1. At the output, a power supply providing an indication of the input current supplied from a source of the input current. A flow determiner,   Board and   An input conductor supported on the substrate, suitable for conducting the input current;   A first current sensor supported on the substrate, adjacent to the input conductor; Is spaced from the input conductor so that the input conductor Is electrically isolated from any direct circuit interconnects, Are located in the magnetic field generated by them, are magnetoresistive, anisotropic and ferromagnetic Formed from a plurality of thin film layers, at least two of the plurality of thin film layers being between them. A first current sensor, separated from each other by an underlying non-magnetic layer, And a current determiner. 2. A magnetic field capacitor located near both the input conductor and the first current sensor. The contractor further comprising a layer of substantially magnetically permeable material that acts as a centrator. An apparatus according to claim 1. 3. The first current sensor has a major extension along a first direction on the substrate. A second direction on the substrate, wherein the input conductor is substantially orthogonal to the first direction. 2. The device of claim 1, having a major extension along. 4. The substrate further includes a monolithic integrated circuit structure including electrical circuit components; At least one of the electrical circuit components is electrically connected to the first current sensor The apparatus of claim 1, wherein 5. A second current sensor supported on the substrate, the second current sensor on the substrate; On the substrate so that it is electrically isolated from any direct circuit interconnects with the sensor. A second adjacent, but spaced from, another supported conductor; Further comprising a current sensor, wherein the second current sensor occurs at the another conductor. The second current sensor is located in a magnetic field generated from the current, and the second current sensor is a magnetoresistive The thin film layer is formed of a plurality of anisotropic and ferromagnetic thin film layers. The device of claim 1, wherein at least two are separated from each other by a non-magnetic layer. 6. A layer of substantially magnetically permeable material oriented substantially parallel to the substrate Wherein both the input conductor and the first current sensor are at least Partially located between the magnetically permeable material layer and the substrate, the magnetically permeable material layer is 5. The device according to claim 4, acting as a concentrator. 7. Each of the first and second current sensors are connected to each other and the first and second current sensors. Claims that can be electrically connected to and supply current to a corresponding one of the current sources. Item 6. The apparatus according to Item 5. 8. Each of the first and second current sensors is connected to each other and to a third and fourth current sensor. The third and fourth current sensors are electrically connected to corresponding ones of the current sensors. Each sensor is formed from multiple thin layers of magnetoresistive, anisotropic, and ferromagnetic And at least two of the plurality of thin film layers are formed by a nonmagnetic layer located therebetween. And the fourth current sensor is electrically connected to the third current sensor. Wherein the first and third current sensors are connected in series with each other via an electrical energy application source. And the second and fourth current sensors are electrically connected to an electrical energy application source. Are electrically connected to each other in series through a third circuit to form a bridge circuit. A sensor is supported on the substrate and is adjacent to but spaced from the input conductor. Is electrically isolated from the input conductor by opening the Located in a magnetic field generated from the current, the fourth current sensor supported on the substrate Shall be adjacent to, but spaced from, the other input conductor. Is electrically isolated from the other conductor by the 6. The device of claim 5, wherein the device is located in a magnetic field generated from an electric current. 9. Having an output and a pair of inputs, wherein a potential difference occurring between the two A differential amplifier for providing an amplified indication, wherein the amplifier inputs are each A corresponding one of the first and second current sensors and the first and second current sensors. 8. The electrical connection to a connection between a corresponding one of the sources. An apparatus according to claim 1. 10. An output and a pair of inputs, wherein a potential difference occurring therebetween appears at the output. Further comprising a differential amplifier, which is an amplified representation of one of the amplifier inputs. Is electrically connected to a connection between the first and third current sensors, and The other of the forces is electrically connected to a connection between the second and fourth current sensors. The device of claim 8, wherein 11. The differential amplifier output is electrically connected to the another conductor. Device according to claim 9. 12. The differential amplifier output is electrically connected to the another conductor. An apparatus according to claim 10. 13. Provide an output current whose magnitude is substantially in accordance with the magnitude of the input current supplied to the input. A current tracker for supplying   A bridge circuit electrically connected to an electrical energy application source, wherein the bridge circuit is The circuit includes a plurality of magnetoresistive members, each of the plurality of magnetoresistive members being magnetic. A resistive current sensor having a plurality of sensing conductors, each of the plurality of sensing conductors Are adjacent to the corresponding magnetoresistive member, and the magnetoresistive member is electrically connected to the input. And electrically isolated from any direct electrical interconnection with the bridge circuit A further sensing conductor including the sensing conductor and adjacent to the corresponding magnetoresistive member; A bridge circuit without any magnetically permeable material in between,   A plurality of inputs electrically connected to the bridge circuit; and A differential input amplifier having an output connected in series and providing the output current; A current tracker. 14． 14. The bridge circuit of claim 13, wherein the bridge circuit further comprises a plurality of current sources. Equipment. 15. The bridge circuit includes at least four of the plurality of current sensors. 14. The device according to claim 13, comprising a current sensor based on a magnetoresistive effect. 16. A second current sensor supported on the substrate, adjacent to the input conductor; But is spaced from the input conductor, so that Is electrically isolated from any direct circuit interconnection with the input conductor A second current located in a magnetic field emanating from the current occurring in the input conductor Further comprising a sensor, wherein the second current sensor is magnetoresistive, anisotropic, and ferromagnetic. Formed from a plurality of thin film layers that are conductive, at least two of the plurality of thin film layers being The device of claim 1, wherein the device is separated from each other by a non-magnetic layer located therebetween. . 17． The first current sensor is at least partially electrically connected to the input conductor. The device of claim 1, wherein the device is spaced by an insulating material. 18. The input conductor supported on the substrate is formed as a coil, The coil is about a point inside the coil and the interior is substantially orthogonal to the coil; The device of claim 1, wherein the device does not extend substantially along an axis passing through the point. 19. The input conductor supported on the substrate is formed as a coil, The coil is about a point inside the coil and the interior is substantially orthogonal to the coil; 3. The device of claim 2, wherein the device does not extend substantially along an axis passing through the point. 20. Before the differential amplifier output and the output current provided by the differential amplifier 14. The method of claim 13, wherein there is a diode electrically connected to the sensing conductor. apparatus. 21. The electrically insulating material is disposed between the input conductor and the first current sensor. 18. The apparatus of claim 17, wherein the thickness is at least 10,000 degrees. 22. Provide an output current whose magnitude is substantially in accordance with the magnitude of the input current supplied to the input. A current tracker to provide,   A bridge circuit electrically connected to an electrical energy application source, wherein the bridge circuit is The circuit includes a plurality of magnetoresistive members supported on a substrate, the plurality of magnetoresistive Each of the conductive members is a magnetoresistive effect type current sensor, and a plurality of A sensing conductor, wherein each of the plurality of sensing conductors is adjacent to a corresponding one of the magnetoresistive members. Wherein the magnetoresistive material is electrically connected to the input and the bridge circuit on the substrate Including said sensing conductor electrically isolated from any direct electrical interconnection with A bridge circuit, wherein there is further the sensing conductor adjacent the corresponding magnetoresistive member;   A plurality of inputs electrically connected to the bridge circuit; and A differential input amplifier having an output connected in series and providing the output current; And a current tracker. 23. 23. The bridge circuit of claim 22, wherein the bridge circuit further comprises a plurality of current sources. Equipment. 24. The bridge circuit includes at least four of the plurality of current sensors. 23. The device of claim 22, comprising a current sensor based on a magnetoresistive effect. 25. The differential amplifier output and the sense amplifier with the output current from the differential amplifier. 23. The device of claim 22, wherein there is a diode electrically connected to the known conductor. .
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